JP6888956B2 - ワイドバンドギャップ半導体材料用igbt構造 - Google Patents
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Description
本発明は、米国陸軍によって授与された契約番号W911NF−10−2−0038に基づき政府の資金で行われたものである。米国政府は本発明における権利を有する。
[開示の分野]
本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子及び構造に関する。
[背景]
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)は、電界効果トランジスタ(FET)の多くの望ましい特性をバイポーラ接合トランジスタ(BJT)の多くの望ましい特性と組み合わせた半導体素子である。例示的な従来のIGBT素子10を図1に示す。図1に示す従来のIGBT素子は、単一のIGBTセルを示し、IGBTスタック12と、コレクタコンタクト14と、ゲートコンタクト16と、エミッタコンタクト18とを含む。IGBTスタック12は、コレクタコンタクト14に隣接するインジェクタ領域20と、ゲートコンタクト16及びエミッタコンタクト18に隣接する、インジェクタ領域20上のドリフト領域22と、ドリフト領域22における一対の接合インプラント24とを含む。ドリフト領域22はIGBTスタック12の第1の面26を提供し、その上にはゲートコンタクト16及びエミッタコンタクト18が配置されている。さらに、インジェクタ領域20は第1の面26の反対側のIGBTスタック12の第2の面28を提供し、その上にはコレクタコンタクト14が配置されている。
[概要]
本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子及び構造に関する。一実施形態によれば、IGBT素子は、IGBTスタックと、コレクタコンタクトと、ゲートコンタクトと、エミッタコンタクトとを含む。IGBTスタックは、インジェクタ領域と、インジェクタ領域上のドリフト領域と、ドリフト領域上の拡散領域と、拡散領域における一対の接合インプラントとを含む。拡散領域は、ドリフト領域と反対側のIGBTスタックの第1の面を提供する。一対の接合インプラントは、JFETギャップによって分離され、またIGBTスタックの第1の面からドリフト領域に向かってIGBTスタックの側縁に沿って第1の深さまで延在している。そのため、拡散領域の厚さは、第1の深さよりも少なくとも1倍半大きい。各接合インプラントの深さよりも少なくとも1倍半厚い拡散層を含むことにより、IGBT素子のオン抵抗RON及び前面側射出能力を向上させ得る。
一実施形態によれば、IGBTスタックは、ワイドバンドギャップ半導体材料で形成される。例えば、IGBTスタックはシリコンカーバイド(SiC)基板であってもよい。
当業者は、本開示の範囲を理解し、添付の図面に関連する好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後、そのさらなる態様を理解するであろう。
以下に記載する実施形態は、当業者に実施形態を実施可能にすると共に実施形態を実施する最良の形態を説明するために必要な情報を示す。添付の図面に照らして以下の説明を読めば、当業者は、本開示の概念を理解し、特に本明細書中で扱われていないこれらの概念の応用を認識するであろう。これらの概念及び応用は、本開示及び添付の特許請求の範囲内であることが理解されるべきである。
Claims (26)
- 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子であって、前記IGBT素子が、
・インジェクタ領域と、
・前記インジェクタ領域上のドリフト領域と、
・前記ドリフト領域上にある拡散領域であって、前記ドリフト領域とは反対側の前記拡散領域の面がIGBTスタックの第1の面を提供し、前記拡散領域のドーピング濃度は前記ドリフト領域のドーピング濃度より高く、前記拡散領域のうち、前記第1の面に隣接する部分の方が、前記ドリフト領域に隣接する部分よりも、ドーピング濃度が高い、拡散領域と、
・前記拡散領域における一対の接合インプラントと、を含む
・IGBTスタックと、
・前記IGBTスタックの前記第1の面上のゲートコンタクトおよびエミッタコンタクトと、
・前記ドリフト領域とは反対側の前記インジェクタ領域の面により提供される前記IGBTスタックの第2の面の上にあるコレクタコンタクトと、を含み、
・前記一対の接合インプラントが、チャネルによって分離され、前記IGBTスタックの前記第1の面から前記IGBTスタックの側縁に沿って前記ドリフト領域に向かって第1の深さに延在し、
・前記拡散領域の厚さが、前記第1の深さの3倍を超える、IGBT素子。 - 前記拡散領域の厚さが、前記第1の深さの4倍未満である、請求項1記載のIGBT素子。
- 前記IGBTスタックがワイドバンドギャップ半導体材料である、請求項1に記載のIGBT素子。
- 前記IGBTスタックがシリコンカーバイド(SiC)である、請求項1に記載のIGBT素子。
- 前記一対の接合インプラントそれぞれが、
・ベースウェルと、
・ソースウェルと、
・オーミックウェルと、を備え、前記ベースウェル、前記ソースウェル、前記オーミックウェルのドーピング濃度が互いに異なっている、請求項1に記載のIGBT素子。 - ・前記ゲートコンタクトが前記一対の接合インプラントの各ソースウェルに部分的に重なると共にその間に延在し、
・前記エミッタコンタクトが、前記ゲートコンタクトに接触することなく、前記一対の接合インプラントそれぞれのソースウェルとオーミックウェル両方にそれぞれ部分的に重なる、請求項5に記載のIGBT素子。 - 前記ゲートコンタクトと前記IGBTスタックの第1の面との間にゲート酸化物層をさらに含む、請求項6に記載のIGBT素子。
- ・前記ドリフト領域が、ドーピング濃度が1×1013cm−3〜1×1015cm−3の間のN領域であり、
・前記インジェクタ領域が、ドーピング濃度が1×1016cm−3〜1×1021cm−3の間のP領域であり、
・前記拡散領域が、ドーピング濃度が5×1015cm−3〜5×1016cm−3の間のN領域である、請求項1に記載のIGBT素子。 - ・前記ドリフト領域が、ドーピング濃度が1×1013cm−3〜1×1015cm−3の間のP型領域であり、
・前記インジェクタ領域が、ドーピング濃度が1×1016cm−3〜1×1021cm−3の間のN領域であり、
・前記拡散領域が、ドーピング濃度が5×1015cm−3〜5×1016cm−3の間のP領域である、請求項1に記載のIGBT素子。 - ・前記第1の深さが0.5μm〜1.0μmの範囲であり、
・前記拡散領域の厚さが1.5μm〜10μmの範囲である、請求項1に記載のIGBT素子。 - 前記接合インプラント間の前記チャネルの幅が1μm〜4μmの間である、請求項1に記載のIGBT素子。
- 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子であって、前記IGBT素子が、
・インジェクタ領域と、
・前記インジェクタ領域上のドリフト領域と、
・前記ドリフト領域上にある拡散領域であって、前記ドリフト領域とは反対側の前記拡散領域の面がIGBTスタックの第1の面を提供し、前記拡散領域のドーピング濃度は前記ドリフト領域のドーピング濃度より高く、前記拡散領域のうち、前記第1の面に隣接する部分の方が、前記ドリフト領域に隣接する部分よりも、ドーピング濃度が高い、拡散領域と、
・前記拡散領域における一対の接合インプラントと、を含む
・IGBTスタックと、
・前記IGBTスタックの前記第1の面上のゲートコンタクトおよびエミッタコンタクトと、
・前記ドリフト領域とは反対側の前記インジェクタ領域の面により提供される前記IGBTスタックの第2の面の上にあるコレクタコンタクトと、を含み、
・前記一対の接合インプラントが、接合型電界効果トランジスタ(JFET)領域によって分離され、前記IGBTスタックの前記第1の面から前記IGBTスタックの側縁に沿って前記ドリフト領域に向かって第1の深さに延在し、
・前記接合インプラント間のチャネルの幅が1μm〜4μmの間であり、
・前記拡散領域が、少なくとも1.5μmだけ前記第1の深さを越えて延在する、IGBT素子。 - 前記拡散領域が、10.0μm未満だけ前記第1の深さを越えて延在する、請求項12に記載のIGBT素子。
- 前記拡散領域が、少なくとも2.0μmだけ前記第1の深さを越えて延在する、請求項12に記載のIGBT素子。
- 前記IGBTスタックが、ワイドバンドギャップ半導体材料からなる、請求項12に記載のIGBT素子。
- 前記IGBTスタックが、シリコンカーバイド(SiC)からなる、請求項12に記載のIGBT素子。
- 前記一対の接合インプラントそれぞれが、
・ベースウェルと、
・ソースウェルと、
・オーミックウェルと、を備え、前記ベースウェル、ソースウェル、オーミックウェルのドーピング濃度が互いに異なっている、請求項12に記載のIGBT素子。 - ・前記ゲートコンタクトが前記一対の接合インプラントの各ソースと部分的に重なると共にその間に延在し、
・前記エミッタコンタクトが、前記ゲートコンタクトに接触することなく、前記一対の接合インプラントそれぞれの前記ソースウェルおよび前記オーミックウェル両方にそれぞれ部分的に重なる、請求項17に記載のIGBT素子。 - 前記ゲートコンタクトおよび前記IGBTスタックの前記第1の面との間にゲート酸化物層をさらに含む、請求項18に記載のIGBT素子。
- ・前記ドリフト領域が、ドーピング濃度が1×1013cm−3〜1×1015cm−3の間のN領域であり、
・前記インジェクタ領域が、ドーピング濃度が1×1016cm−3〜1×1021cm−3の間のP領域であり、
・前記拡散領域が、ドーピング濃度が5×1015cm−3〜5×1016cm−3の間のN領域である、請求項12に記載のIGBT素子。 - ・前記ドリフト領域が、ドーピング濃度が1×1013cm−3〜1×1015cm−3の間のP型領域であり、
・前記インジェクタ領域が、ドーピング濃度が1×1016cm−3〜1×1021cm−3の間のN領域であり、
・前記拡散領域が、ドーピング濃度が5×1015cm−3〜5×1016cm−3の間のP領域である、請求項12に記載のIGBT素子。 - 前記第1の深さが、0.5μm〜1.5μmの範囲である、請求項12に記載のIGBT素子。
- 前記IGBT素子の全体の幅が5μm〜15μmの間である、請求項12に記載のIGBT素子。
- インジェクタ領域と、前記インジェクタ領域上のドリフト領域と、前記ドリフト領域上の拡散領域とを含む絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)スタックを提供する工程であって、前記ドリフト領域とは反対側の前記拡散領域の面が前記IGBTスタックの第1の面を提供し、前記拡散領域のドーピング濃度は前記ドリフト領域のドーピング濃度より高く、前記拡散領域のうち、前記第1の面に隣接する部分の方が、前記ドリフト領域に隣接する部分よりも、ドーピング濃度が高い、工程と、
前記IGBTスタックの前記第1の面に一対の接合インプラントを提供する工程であって、前記一対の接合インプラントがチャネルによって分離され、前記IGBTスタックの前記第1の面から前記ドリフト領域に向かって第1の深さに延在し、前記拡散領域の厚さが少なくとも前記第1の深さの3倍を超え、前記接合インプラント間の前記チャネルの幅が1μm〜4μmの間である工程と、
前記IGBTスタックの前記第1の面上にゲートコンタクトおよびエミッタコンタクトを提供する工程と、
前記ドリフト領域とは反対側の前記インジェクタ領域の面により提供される前記IGBTスタックの第2の面の上にあるコレクタコンタクトを提供する工程と、を含む方法。 - 前記拡散領域の厚みが、前記第1の深さの4倍未満である、請求項24に記載の方法。
- 前記IGBTスタックがシリコンカーバイド(SiC)である、請求項24に記載の方法。
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